相机快门之：电子快门

电子快门 Electronic  Shutter，使用电子的方式控制图像传感器 CMOS 的曝光时间。

现代 CMOS 有两种电子快门机制：滚动式快门 Rolling Shutter和全局式快门 Global Shutter。

全局式电子快门的 CMOS 目前还未开启消费级应用，当前的单反、微单上使用的几乎都是滚动式电子快门 CMOS，在相机上常简写为 ELEC.。

• 工作原理

卷帘式电子快门是用电子的方式控制以模拟机械前后帘的作用。

按下快门后，传感器从下往上逐行重置、曝光、读出。

由于没有机械前后帘的遮挡，传感器是完全暴露的，所以一行曝光完成后就必须立即读取此行数据。

说明：

使用机械快门的时候，整个 CMOS 全程参与曝光，只是由于有前后机械帘的遮挡，CMOS 上的相关区域在快门时间之外就不会再受到光线的照射了。

• 优点

1、无快门震动。

在长焦或高像素拍摄时，通常比使用机械快门能够获得更清晰的画质。

对于手持低速快门拍摄也能提高成片率。

另外，纯电子方式自然可节省相机上的机械快门的寿命。

2、可达超高的快门速度。

由于曝光时长不依赖任何机械装置，能够模拟机械前后帘无法达到的夹缝间隙，轻松实现超高的快门速度。

突破机械快门 1/8000 秒的极限，部分相机已可达 1/32000 秒。

3、无快门声。

可以静音拍摄。

有些相机和所有手机上的快门声音是模拟出来的。

4、无“耀斑”现象。

当对着场景中的明亮物体拍摄时，不会出现像机械快门那样上下发散的两条“耀斑”。

与光圈叶片带来的“星芒”现象不同，“耀斑”是由光照时机械前后帘的开合动作所引起。

5、连拍速度要高于电子前帘快门和机械快门。

• 缺点

1、拍摄高速运动物体时有很显的果冻效应。

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电子快门逐行重置、曝光、读取的工作方式导致行与行之间的曝光先后出现时间差。整体来讲就是图像传感器底部先曝光，顶部后曝光，这样对应拍摄出来的照片就不是一个时间点的记录，而是“一段时间”的记录。

由于图像传感器上得到的是倒像，所以成品照片上部的画面要早于下部画面发生，从而导致运动的物体在照片中变得倾斜或扭曲，这一现象我们称之为“果冻效应”。

左图：电子快门拍摄 右图：机械快门拍摄

机械快门也会引起果冻效应，只是不明显。

目前也出现了多行并行读取技术的 CMOS，可很好地解决电子快门严重的果冻效应问题。

2、在人造光源下有比较明显的条纹或色带。

由于人造光源的频闪，导致图像传感器的相邻行受光情况有差别。

3、一般会限制使用闪光灯。

闪光灯照亮的瞬间，图像传感器的上部各行可能来不及重置、曝光。

手机也是使用电子快门，但是由于手机的图像传感器较小，再加上手机的闪光灯在曝光过程中常亮，所以手机拍摄时可使用闪光灯。

4、可能会限制位深度。

越高分辨率的传感器的数据读取量越大，读取时间自然也就越长。

因此某些相机会将 Raw 格式数据限制在 12 bits 或 10 bits，因此大大降低了照片的质量。

• 应用

在以下情况拍摄时，可考虑使用电子快门：

1、无人造光源、无快速运动物体时都适用。

比如，当环境光线太亮又没带 ND 减光镜，同时不想改变光圈的大小、ISO 也不能再降的情况下，可考虑使用超高速的纯电子快门。

2、婚礼、会议、音乐会等需要静音的场合。

如果人造光源太多，就应该弃用电子快门。

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